(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu quy trình công nghệ phủ bột huỳnh quang chế tạo trong nước lên chip led

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN TRỊNH NGUYỄN YẾN LINH NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ PHỦ BỘT HUỲNH QUANG CHẾ TẠO TRONG NƢỚC LÊN CHIP LED h Chuyên ngành: VẬT LÝ CHẤT RẮN Mã số: 8440104 Ngƣời hƣớng dẫn: HD1: PGS.TS.Phạm Thành Huy HD2: TS Đào Xuân Việt LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học đƣợc trình bày luận văn thành nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu chƣa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt đƣợc xác trung thực Quy Nhơn, ngày tháng năm 2019 Ngƣời cam đoan Trịnh Nguyễn Yến Linh h LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ trân trọng lời cảm ơn chân thành, sâu sắc đến hai thầy PGS.TS Phạm Thành Huy, TS Đào Xuân Việt – ĐHBK Hà Nội, thời gian học tập làm luận văn tốt nghiệp hai thầy tận tình bảo, hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn TS Dƣơng Thanh Tùng cho sử dụng bột huỳnh quang chế tạo nƣớc Xin cảm ơn quý Thầy Cô Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội quan tâm, tạo điều kiện tốt cho học viên thời gian học tập nghiên cứu Xin cảm ơn quan tâm, chia sẻ tập thể học viên Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Tiên tiến Khoa học Công h nghệ, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành thí nghiệm kết đo mẫu luận văn Tôi xin đƣợc gởi lời cảm ơn đến giáo sƣ, tiến sĩ giảng dạy trình học tập làm luận văn Chính nhờ tận tình q thầy mà tơi có đƣợc kiến thức quí báu để vận dụng vào cơng tác giảng dạy Xin chân thành cảm ơn quan tâm, giúp đỡ động viên quý thầy cô giáo Trƣờng THCS Ngô Mây – TP Quy Nhơn, anh chị em lớp cao học VLVR K20 thành viên gia đình tơi động viên mặt tinh thần, giúp đỡ mặt chuyên môn, chia sẻ sống học tập để tơi hồn thành khóa học Tác giả luận văn Trịnh Nguyễn Yến Linh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANG MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Một số nghiên cứu tiêu biểu liên quan đến nội dung nghiên cứu đề tài Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LED 1.1 LED h 1.1.1 LED đơn sắc 1.1.2 WLED (LED trắng) 1.1.3 Các tham số quang LED 1.1.4 Ƣu nhƣợc điểm 11 1.1.5 Ứng dụng LED 13 1.2 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO LED 16 1.2.2 Quy trình đóng gói LED 17 1.2.3 Quy trình phun phủ hỗn hợp phosphor/silicone 17 1.2.4 Các nghiên cứu trƣớc phun phủ phosphor/silicone 18 1.2.5 Mục đích nghiên cứu 19 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21 2.1 PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO 21 2.1.1 Quy trình trộn 21 2.1.2 Quy trình phun phủ 24 2.1.3 Quy trình sấy 26 CHƢƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 28 3.1 THAM SỐ VẬT LIỆU ĐẦU VÀO 28 3.1.1 Chip blue LED 28 3.1.2 Silicone 28 3.1.3 Phosphor 29 3.2 KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ CÔNG NGHỆ 32 3.2.1 Khảo sát ảnh hƣởng nồng độ (tỷ lệ phosphor/silicone) 32 3.2.2 Khảo sát ảnh hƣởng độ dày (thể tích) lớp phosphor+silicone 36 KẾT LUẬN 39 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) h DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Stt Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt LED Light Emitting Diode Điốt phát quang Kpa Kilopaxcan Đơn vị áp suất lm/W Lumen/Watt Hiệu suất quang UV Ultraviolet Tia cực tím CCT Correlated Color Nhiệt độ tƣơng quan Temperature màu Commission Internationale Hệ tọa độ màu CIE de l'Eclairage Phƣơng pháp đo IES LM80 trì quang thông h nguồn sáng LED CRI Color Rendering Index Độ hoàn màu B/R Blue/Red Xanh/đỏ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: So sánh tuổi thọ LED đèn truyền thống 13 Bảng 3.1: Tham số quang mẫu bột huỳnh quang 31 Bảng 3.2: Tham số quang LED với nồng độ phosphor khác 35 Bảng 3.3: Tham số quang LED với thể tích hỗn hợp phosphor/silicone khác 38 h DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu tạo LED Hình 1.2 Nguyên lý làm việc LED Hình 1.3: Cấu tạo LED trắng Hình 1.4: Ba phƣơng pháp để chế tạo ánh sáng trắng từ đèn LED (a) chip LED đỏ + chip LED lục + chip LED xanh (b) chip UV LED + bột huỳnh qunag RGB (c) chip LED xanh + bột huỳnh quang vàng Hình 1.5: Hoạt động LED trắng Hình 1.6: Quang phổ điển hình LED trắng Hình 1.7: Ví dụ nhiệt độ màu tƣơng quan LED 10 Hình 1.8: Đƣờng cong màu đen (Planckian) xác định phạm vi nhiệt độ màu, từ ấm (hơi đỏ) lạnh (hơi xanh), hệ tọa độ màu CIE 1931 10 Hình 1.9: So sánh hiệu suất phát quang LED với đèn truyền thống 12 Hình 1.10: Sản xuất rau diếp ánh sáng LED nhanh gấp 2.5 so với ánh h sáng tự nhiên 14 Hình 1.11: Các vùng bƣớc sóng ánh sáng phù hợp với phát triển trồn 14 Hình 1.12: Quy trình cơng nghệ chế tạo LED 16 Hình 1.13: Hỗn hợp phosphor silicone (đồng khơng đồng đều) 17 Hình 1.14: Phun phủ hỗn hợp phosphor/silicone 18 Hình 1.15: Hỗn hợp phosphor/silicone sau sấy (phosphor không bị lắng đọng bị lắng đọng) 18 Hình 2.1: Silicone chất đóng rắn 21 Hình 2.2: Cân phân tích 22 Hình 2.3: Máy trộn chân không chế hoạt động 23 Hình 2.4: Hỗn hợp phosphor silicone 23 Hình 2.5: Blue LED khung 20×12 blue LED 24 Hình 2.6: Thiết bị phun phủ bảng điều khiển 24 Hình 2.7: Phun phủ hỗn hợp phosphor/silicone lên chip blue LED 25 Hình 2.8: Thiết bị làm siêu âm 25 Hình 2.9: Thiết bị giản đồ sấy 26 Hình 2.10: LED sau sấy 26 Hình 2.11: Hệ cầu tích phân Gamma Scientific 27 Hình 3.1: Quang phổ, tọa độ màu hệ số hoàn màu blue LED 28 Hình 3.2: Hệ số truyền qua qua silicone [datasheet] 28 Hình 3.3: Phổ kích thích bột phosphor 29 Hình 3.4: Quang phổ tọa độ màu mẫu bột huỳnh quang 30 Hình 3.5: Hiệu suất chuyển đổi mẫu bột huỳnh quang 32 Hình 3.6: Quang phổ tọa độ màu LED với nồng độ phosphor khác 34 Hình 3.7: Quang phổ LED với nồng độ khác 35 Hình 3.8: Mẫu quang phổ LED với thể tích khác 36 Hình 3.9: Quang phổ LED với thể tích khác 37 h MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Năng lƣợng môi trƣờng đƣợc xem vấn đề cốt yếu tiến trình phát triển xã hội kỉ XXI Hiện nay, nhu cầu lƣợng chiếu sáng nƣớc ta lớn Trong số nguồn sáng hiệu suất cao phải kể đến LED Thắp sáng đèn LED biện pháp để tăng cƣờng hiệu chiếu sáng LED từ viết tắt Light Emitting Diode (có nghĩa điốt phát quang) Nó loại thiết bị bán dẫn thƣờng đƣợc sử dụng đèn báo bảng hiển thị LED có khả biến lƣợng điện thành lƣợng ánh sáng trực tiếp với hiệu suất cao tuổi thọ đạt tới hàng chục nghìn đến trăm nghìn So với bóng đèn truyền thống, đèn h LED mang ƣu điểm đáng tin cậy tiết kiệm lƣợng, Ngày nay, LED đƣợc sản xuất thƣơng mại rộng rãi, nhiên, nghiên cứu chế tạo LED diễn sôi Trên giới, ngƣời ta quan tâm nghiên cứu quy trình mới, vật liệu để nâng hiệu suất nhƣ độ tin cậy LED Tại Việt Nam, Nhóm PGS Đặng Mậu Chiến [1] nghiên cứu thử nghiệm đóng gói LED cơng suất thấp, số nhóm quang điện tử [Nhóm PGS Phạm Thành Huy, TS Dƣơng Thanh Tùng, ] nghiên cứu chế tạo đƣợc nhiều loại bột huỳnh quang [2, 3, 4] Tuy nhiên, nghiên cứu đóng gói cho LED cơng suất cao sử dụng bột huỳnh quang nƣớc bỏ ngỏ Trong nghiên cứu này, tiến hành thử nghiệm đóng gói LED sử dụng bột huỳnh quang nƣớc Trên sở tơi chọn đề tài “Nghiên cứu quy trình cơng nghệ phủ bột huỳnh quang chế tạo nƣớc lên chip LED” Tôi hi vọng kết đạt